数据中心内的负载均衡-MPTCP

1. 为什么用MPTCP做负载平衡？

（1）充实操作收集资源

以手机为例，手机包括两种上网方法，蜂窝移动数据收集（2G，3G，4G）和WIFI收集。我们但愿在有WIFI的时辰只管行使WIFI，这样可以节减本钱，没有WIFI的时辰自动切换到蜂窝移动收集，停止断连。同样在PC端，我们但愿有线网卡和无线网卡可以同时上网，进步网速。可是行使TCP协议是无法实现上述成果的。

（2）提供靠得住传输

MPTCP在协议栈中，位于TCP之上，操作成立TCP子流举办数据传输。TCP是面向毗连的4层协议，它可以提供靠得住传输，而且拥有拥塞节制机制。可是TCP的单路径传输的协议，即便收集上存在多条路径资源，也无法操作这些路径资源。由于TCP是通过四元组：{源IP，目标IP，源端口，目标端口} 独一简直定一个毗连，当四元组中的任一项产生变革时，会导致毗连间断。由于应用措施行使TCP协议只能和单个四元组绑定，无法同时行使多个IP。行使MPTCP正好可以办理这个题目。

数据中心存在大量的路径资源，行使MPTCP可以越发充实地操作带宽资源，且提供靠得住传输。数据中心最常行使的负载平衡算法为ECMP，通过按照数据流的五元组哈希，将这些数据匀称随机的分手到权重相称的路径上。这种随机选路负载平衡第一个题目是会发生哈希碰撞。如图一所示，赤色路径与蓝色路径发生了碰撞。另一个题目是，用这种最优权重（如最短路径）的要领选出的路径，无法判定路径是否存在拥塞，很也许将流量继承发送到一个已经拥塞的链路上。而行使MPTCP举办数据中心的负载平衡，在操作多路径的同时，还可以对流量举办拥塞节制，停止发生拥塞，动态的将数据更多的发送到负载低的链路上。有用的进步负载平衡机能。

2.MPTCP（Multipath TCP）协议先容

简朴的说MPTCP是TCP的一个演进协议，MPTCP可以使TCP同时行使多条路径举办通讯。MPTCP在协议栈上的位置如图2所示。MPTCP在2013年被正式定为尺度，具体内容可参考RFC 6824 https://tools.ietf.org/html/rfc6824。

MPTCP在计划上的挑衅
（1）对应用层透明，MPTCP对付本来基于TCP的应用应该是完全透明的，即不必要应用做出任何改变，也不必要从头编译，即可像原本一样正常事变。应用措施并不知道在4层事变的着实是MPTCP。
（2）对收集中间件透明，收集上存在许多中间件，譬喻防火墙，NAT，这些装备每每是特制的硬件装备，即便行使MPTCP协议，应应承数据顺遂的通过这些中间件装备而不必要对中间件装备做任何改变。

MPTCP会话成立进程
MPTCP会话通过成立多个子流来实现同时行使多条路径传输数据，MPTCP子流的成立相同于TCP成立毗连的进程。这些子流相同于正常的TCP毗连，通过三次握手成立毗连，四次挥手封锁毗连。但这些子流都是绑定到一个已有的MPTCP会话上的。发送端的数据可以选择恣意的子流举办传输。

譬喻：我们可以同时操作手机的WIFI和4G行使两个IP来和WEB处事器成立MPTCP会话。但若WEB处事器只有1个IP地点，还可以成立MPTCP会话么？着实是可以的，WEB处事器可以行使差异的端口别离和手机的WIFI，4G成立毗连。

成立MPTCP会话的进程：假设我手机选择用4G开启成立毗连，进程如图3所示，
1.手机遇发送一个SYN数据包给WEB处事器，这个数据包和TCP成立毗连时发送的一样，只不外增进了TCP选项MP_CAPABLE字段，表空手机端支持MPTCP协议，以及一个key（用于未来继承添加子流时举办验证）。
2.处事器端回应SYN+ACK数据包同样包括TCP选项MP_CAPABLE字段，以及一个key。
3.手机再次回应ACK，此时成立了毗连。

此时4G和WEB处事器成立了毗连，手机和WEB处事器可以通过这个路径传输数据，那么怎样添加WIFI和WEB处事器的路径呢？要想增进WIFI和WEB处事器的路径，起主要用WIFI和WEB处事器实现完备的成立毗连进程，才可以行使WIFI与WEB处事器通讯，如图4所示。这次毗连和第一个4G与WEB处事器成立的毗连是有区此外。
（1）此时的SYN数据包中携带的TCP选项是MP_JOIN，而且向WEB处事器提供足够的信息，声名其要插手的MPTCP会话，并确认它是安详的。个中token是前面4G与WEB处事器成立毗连的key的哈希。rand是一个随机数，HMAC是rand的哈希。
（2）与第一次成立毗连差异的是，这次要举办4此握手。目标是担保毗连安详。

（编辑：河北网）

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